1.实现DNA分子的复制需要具备的条件
在进行基因操作时，能否获得足够份量的目的基因片段至关重要。在PCR技术建立之前，要想扩增某个目的基因必须通过分子克隆的手段。首先将目的基因片段和载体用限制酶切割，然后通过DNA连接酶的作用把目的基因片段安装到质粒载体上转化细菌。随着细菌的繁殖，目的基因也就得到了复制扩增。这样的操作过程不仅耗时费力，而且技术上有难度。随着人们对DNA复制机制了解得逐步深入，人们认识到，要实现DNA分子的复制至少要具备以下条件：
第一，要有模板DNA，这不难理解，因为在复制任何东西之前，我们首先应该有一个想复制的对象，以它为样板制造出同它一模一样的复制品。
第二，需要DNA聚合酶，这种酶能够以一条DNA链为模板，按照碱基互补的原则，也就是腺嘌呤核苷酸（A）同胸腺嘧啶核苷酸（T）配对，鸟嘌呤核苷酸（G）同胞嘧啶核苷酸（C）配对的方式合成对应的另一条互补链。
第三，DNA聚合酶有一个特征，它不能从头生成一条DNA链。在它行使功能的时候需要引物。在生物体内进行DNA复制时，引物通常是一条短的核酸分子，然后DNA聚合酶催化把核苷酸逐个加到引物的端羧上合成出新链。
第四，需要合成DNA新链所需的原材料：A、T、G、C 4种脱氧核苷酸。
2.PCR技术的产生与发展
1983年12月，在美国人类遗传学分部工作的穆利斯也需要扩增基因。可是他觉得采用分子克隆的办法实在太繁琐。“有没有更简便的方法呢？”他边开着汽车边想，“如果把模板DNA放进试管加热，双链DNA分子分解成单链，然后加进引物，让温度降低，引物就能同单链DNA复性结合，再加入DNA聚合酶还有脱氧核苷酸进行作用。反复循环这样的过程，不就可以在试管里面复制特定的基因片段了吗？”他为自己的这个想法兴奋不已，并赶紧把它记下来。但是，他又问自己：“要是这么简单就能实现DNA的体外复制，为什么别人不试试呢？会不会已经有人做过？”他马上去图书馆检索文献，同自己做分子生物学研究的朋友们联系，发现这种实验以前并没有人做过。他立刻买来人胎盘的DNA，根据发表的人神经生长因子的核苷酸序列设计合成引物进行实验。起初实验失败，但经过一年的努力他终于获得了成功。一种全新的、神奇的DNA体外复制方法——聚合酶链反应（PCR）技术诞生了。任何DNA片段，应用PCR技术每循环一次，DNA就被扩增加倍。经过20～30次循环后就可被扩增百万倍。这样经过几个小时的PCR实验，我们就可以从一个DNA分子扩增出以微克计的特异DNA产物，极大地提高了分子操作的能力。
然而，由于通常的DNA聚合酶不耐高温，所以在高温条件下使模板DNA变性时，会导致DNA聚合酶失去活性。因此，早期的PCR实验，经过每一个循环都不得不重新添加新的DNA聚合酶。这样一来，不仅实验步骤极其繁琐而且无法实现PCR反应的自动化。如何克服这个问题呢？
关于这个问题的解决，还要归功于科学家对生命起源的探索。在探索地球生命起源的过程中，科学家们不断地在各种极端环境条件下考察生命形式存在与否。比如在南极的冰层中、在火山口、在地底深处、在高温的河水中取样，分析是否有生物存在。研究发现，在自然界某些高温的水环境中也有细菌活动。作为生命，在这种条件下生活的细菌同样需要生长繁殖和进行遗传物质的复制传递活动。这类细菌的DNA聚合酶应该能够耐受高温的环境。
受此启发，科学家从生长在美国黄石公园温泉中的一种叫做嗜热水生菌的细菌中提取到了能耐高温的DNA聚合酶，这种DNA聚合酶即使在高达95℃的温度条件下仍能保持活性。这样就很好地解决了PCR用酶的难题，为实现PCR的自动化奠定了基础。现在的PCR实验都是在称为热循环仪或PCR仪的设备上进行的，一旦通过电脑将循环条件设置好之后，PCR实验即可自动完成。PCR从根本上改变了我们对微量DNA的操作能力，它使相关分子生物学技术对生物材料的需求量大大减少，由此，极大地拓展了DNA检测方法的应用范围。
3.PCR技术的应用
PCR不仅使对现存细菌、病毒、真菌、动植物DNA的分析更加简便快捷，而且使对有数千年历史的化石中的DNA进行分析成为可能。正是由于PCR具有灵敏高效的特点，它已广泛应用在生物学、医学、考古学、法医学等许多领域中。以提供证据的法医学为例，通过对遗留在作案现场的毛发、精液、血污中的DNA进行PCR扩增分析，即可获得罪犯的遗传信息。通过同犯罪嫌疑人的遗传信息比较或是进行遗传数据库检索，可以为案件的侦破提供重要根据，这些我们都可以在很多警匪破案影视剧中看到。在古生物学中比较化石生物DNA和现存生物DNA的遗传变异可以为揭示生物的演化历程提供重要线索。另外，PCR技术还被广泛应用于物种鉴定、遗传育种、疾病的分子诊断、基因克隆和DNA测序等许多领域。由PCR衍生出的新的分子生物学技术，如定量PCR、免疫PCR、荧光PCR、原位PCR、套式PCR、随机扩增多态性DNA（RAPD）等更是不胜枚举。它已成为分子生物学对人类的最重要的贡献之一。为此，诺贝尔委员会将1993年的诺贝尔化学奖授予了PCR的发明人穆利斯。